一种浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法与流程

本发明涉及阴极材料技术领域，具体涉及一种浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法。

背景技术

目前，钪酸盐阴极因其具有工作温度低，发射电流密度大的特点，常用于大功率微波电真空器件中使用的电子源。该钪酸盐阴极主要是通过将钪酸盐浸渍到多孔钨体中制成。

其中，钪酸盐的制备方法主要是高温固相反应法和液相混合法，高温固相反应法是将含钪的原材料研磨混合，直接压制后进行高温烧结。该方法所需烧结温度高，在研磨混合过程中容易引入杂质，且微粒容易团聚，造成产品成分不均匀且带有杂质。液相混合法是采用硝酸钡等原料通过碳酸铵沉淀剂沉淀后，再经过烘干、压制和烧结。该方法得到的钪酸盐成分难控制，对反应要求高。现在钪酸盐的制备方法都存在制备得到的钪酸盐纯度不高，且烧结温度高，制备方法复杂加工成本高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法，以解决现有制备钪酸盐纯度不高，烧结温度高，且制备方法复杂加工成本高的问题问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法，包括以下步骤：

s1：按摩尔比ba(no3)2：ca(no3)2：al(no3)3：sc(no3)3＝6.0～7.2：1：2：0.3的配比称取ba(no3)2、ca(no3)2、al(no3)3和sc(no3)3，并按摩尔比ca(no3)2：(nh4)2co3＝1：9.3～10.5的配比称取(nh4)2co3；

s2：向s1中的原材料加入酒精润渍，再在球料比为17～23：1下，研磨0.5～1.5h；将研磨后的样品进行清洗过滤后并烘干，然后压制成型；

s3：将成型后的样品在1000～1200℃的条件下烧结，保温时间250～350分钟，制得浸渍扩散阴极用钪酸盐。

本发明的制备方法是将ba(no3)2、ca(no3)2、al(no3)3和sc(no3)3与(nh4)2co3原料在球磨条件下进行混合，其中(nh4)2co3的加入量能确保其他原料全部沉淀。经研磨混合后得到纳米级的粉体，再通过水或者酒精的多次清洗过滤得到样品，将样品烘干后压制成型，再将成型后的样品在1000～1200℃的温度下烧结，得到浸渍扩散阴极用钪酸盐。

本发明使用ba²⁺、ca²⁺、al³⁺和sc³⁺对应的硝酸盐可以确保在与(nh4)2co3反应后经清洗过滤后得到的样品是对应的沉淀物，该样品的成分固定且均匀不含其他杂质(如硫元素)，烧结后样品的纯度高，可以保证制备的阴极的电子发射性能。

在研磨中使用了酒精润渍原材料，有效的避免了在研磨中浆料出现的板结情况，有效的减少产物粒子的团聚。通过研磨得到纳米级的粉体，研磨混合越充分则原料的反应越彻底，得到粉体粒径越小。在烧结时粉体粒径越小，比表面结越大，降低样品的烧结温度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述s1中称取(nh4)2co3的质量是(nh4)2co3的摩尔比对应质量的1.5～2.5倍。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述s1中称取(nh4)2co3的质量是对应(nh4)2co3摩尔比对应质量的2倍。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述s2中完成清洗后溶液的ph＝7。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述s2研磨后样品粒径为纳米级别。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法，是将ba²⁺、ca²⁺、al³⁺和sc³⁺对应的硝酸盐与(nh4)2co3通过固相混合反应，经清洗过滤烘干压制后烧结，得到的浸渍扩散阴极用钪酸盐成分固定且纯度高、其中得到的钪酸盐中有效成分均是电子发射活性物质。整个制备方法的烧结反应温度低，并且有效的解决了混合过程中微粒的团聚的问题，其制备工艺简单、操作方便、易于工业化生产。

附图说明

图1为本发明的实施例1的x射线衍射谱图；

图2为本发明的实施例2的x射线衍射谱图；

图3为本发明的实施例3的x射线衍射谱图；

图4为本发明的对照例的x射线衍射谱图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

本实施例的浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法，其包括：

s1：按摩尔比ba(no3)2：ca(no3)2：al(no3)3：sc(no3)3＝6.0：1：2：0.3的配比称取ba(no3)2、ca(no3)2、al(no3)3和sc(no3)3，并按摩尔比ca(no3)2：(nh4)2co3＝1：9.3的配比称取(nh4)2co3；其中称取(nh4)2co3的质量是(nh4)2co3的摩尔比对应质量的1.5倍；

s2：将s1中原材料放入研磨罐中，并加入酒精润渍；在球料比为17：1下，用球磨机研磨1.5h；将研磨后的样品用水进行多次清洗过滤，在直到溶液的ph＝7，则清洗完成，再将其过滤得到样品，再在100℃的温度下烘干，然后压制成直径为12mm的圆饼状；

s3：将压制成型的样品放入高温马弗炉内烧结进行固相反应，在1000℃温度下烧结，并保温时间350分钟，制得浸渍扩散阴极用钪酸盐。

将s3中得到的钪酸盐研磨成粉末进行x射线衍射分析。衍射数据采集的条件为：采样时间1秒，采样步宽0.02°，布拉格衍射角范围为10°～70°。得到x射线衍射数据如图1所示。

经过物相分析软件对比可知，钪酸盐中含ba3caal2o7相和ba2scal2o5。上述两种均是有效的电子发射活性物质。

实施例2：

本实施例的浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法，其包括：

s1：按摩尔比ba(no3)2：ca(no3)2：al(no3)3：sc(no3)3＝7.2：1：2：0.3的配比称取ba(no3)2、ca(no3)2、al(no3)3和sc(no3)3，并按摩尔比ca(no3)2：(nh4)2co3＝1：10.5的配比称取(nh4)2co3；其中称取(nh4)2co3的质量是(nh4)2co3的摩尔比对应质量的2.5倍；

s2：将s1中原材料放入研磨罐中，并加入酒精润渍；在球料比为23：1下，用球磨机研磨0.5h；将研磨后的样品用水进行多次清洗过滤，在直到溶液的ph＝7，则清洗完成，再将其过滤得到样品，再在150℃的温度下烘干，然后压制成直径为17mm的圆饼状；

s3：将压制成型的样品放入高温马弗炉内烧结进行固相反应，在1200℃温度下烧结，并保温时间250分钟，制得浸渍扩散阴极用钪酸盐。

将s3中得到的钪酸盐研磨成粉末进行x射线衍射分析。衍射数据采集的条件为：采样时间1秒，采样步宽0.02°，布拉格衍射角范围为10°～70°。得到x射线衍射数据如图2所示。

经过物相分析软件对比可知，钪酸盐中含ba3caal2o7相和ba2scal2o5。上述两种均是有效的电子发射活性物质。

实施例3：

本实施例的浸渍扩散阴极用钪酸盐的制备方法，其包括：

s1：按摩尔比ba(no3)2：ca(no3)2：al(no3)3：sc(no3)3＝6.4：1：2：0.3的配比称取ba(no3)2、ca(no3)2、al(no3)3和sc(no3)3，并按摩尔比ca(no3)2：(nh4)2co3＝1：9.7的配比称取(nh4)2co3；其中称取(nh4)2co3的质量是(nh4)2co3的摩尔比对应质量的2倍；

s2：将s1中原材料放入研磨罐中，并加入酒精润渍；在球料比为20：1下，用球磨机研磨1h；将研磨后的样品用水进行多次清洗过滤，在直到溶液的ph＝7，则清洗完成，再将其过滤得到样品，再在110℃的温度下烘干，然后压制成直径为15mm的圆饼状；

s3：将压制成型的样品放入高温马弗炉内烧结进行固相反应，在1100℃温度下烧结，并保温时间350分钟，制得浸渍扩散阴极用钪酸盐。将s3中得到的钪酸盐研磨成粉末进行x射线衍射分析。衍射数据采集的条件为：采样时间1秒，采样步宽0.02°，布拉格衍射角范围为10°～70°。得到x射线衍射数据如图3所示。

经过物相分析软件对比可知，钪酸盐中含ba3caal2o7相和ba2scal2o5。上述两种均是有效的电子发射活性物质。

对照例

本对照例采用实施例3对应原材料的摩尔比，直接称取baco3、caco3、al(oh)3和sc2o3的质量，采用高温固相反应法制备钪酸盐，其制备方法如下：

s1：按摩尔比baco3：caco3：al(oh)3：sc2o3＝6.4：1：2：0.3的配比称取baco3、caco3、al(oh)3和sc2o3；

s2：将s1中原材料放入研磨罐中，在球料比为20：1下，用球磨机充混合1h；将烘干后的样品压成直径为15mm的圆饼状；

s3：将压制成型的样品放入高温马弗炉内烧结进行固相反应，在1400℃温度下烧结，并保温时间250分钟，制得浸渍扩散阴极用钪酸盐。

将s3中得到的钪酸盐研磨成粉末进行x射线衍射分析。衍射数据采集的条件为：采样时间1秒，采样步宽0.02°，布拉格衍射角范围为10°～70°。得到x射线衍射数据如图4所示。

经过物相分析软件对比可知，钪酸盐中含有多种未知的铝酸盐和钪酸盐物相，其中存在的baal2o4并不是有效的电子发射活性物质，会影响阴极的发射性能和寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。